Đặt vấn đề Ở nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước để từng bước bắt kịp sự phát triển của các nước trong khu vực Châu Á và thế giới. Vì vậy, vấn đề tự động điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng như ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất. Như chúng ta đã biết trong điều kiện khoa học kỹ thuật và kinh tế phát triển như hiện nay thì quy trình tự động hóa trong công nghiệp và sản xuất hầu như không thể thiếu được. Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc giúp tăng năng xuất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả sản xuất.
Và vấn đề cất giữ bảo quản hàng hóa trở nên cấp bách, hiện nay với việc sử dụng các kho hàng bên ngoài, vừa tốn diện tích lớn, vận chuyển bằng máy móc cồng kềnh, tai nạn lao động rất dễ xảy ra, ngoài ra việc lưu trữ thông tin hàng hóa dựa chủ yếu vào con người, đòi hỏi sự tập trung cao độ, quan sát kỹ càng và phải ghi chép cẩn thận, với cách làm thủ công này thì độ chính xác và đáng tin cậy là không cao.2 Mục tiêu đề tài Để có hướng đi đúng đắn về đề tài nghiên cứu, nhóm thực hiện xác định các mục tiêu như sau: Nghiên cứu ứng dụng của PLC, Servo trong điều khiển hệ thống kho hàng Thiết kế mô hình kho hàng tự động Thiết kế giao diện điều khiển và giảm sát SCADA 1.3 Đối tượng và phạm vi đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu về PLC S7 1200, phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal, hệ thống động cơ servo và các loại cảm biến. Trong thực tế mô hình kho hàng tự động đã phát triển với nhiều hình thức và chức năng mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Với thời gian và khả năng cho phép, nhóm thực hiện đề tài ở phạm vi nhất định: Xây dựng mô hình kho hàng. 1 do an Khung hàng có 16 ô hàng.
Sử dụng động cơ servo để điều khiển di chuyển các trục. Nhận biết hàng bằng cảm biến hồng ngoại. Quản lý sản phẩm bằng mã hàng. Nhập mã hàng khi nhập hoặc xuất hàng.4 Nhiệm vụ đồ án Về lý thuyết: Nghiên cứu kho hàng tự động Nghiên cứu về PLC Siemens S7-1200 Nghiên cứu về phần mềm Tia portal V14 Điều khiển động cơ Servo bằng PLC S7 1200 Về thiết kế thi công: Thiết kế bản vẽ cơ khí Thi công mô hình Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm TIA Portal Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát 1.5 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài này nhóm nghiên cứu theo các bước: Nghiên cứu lý thuyết về PLC, Servo, phần mềm lập trình TIA Portal.
Thiết kế mô phỏng mô hình trên phần mềm. Thi công mô hình. Chạy thử nghiệm.6 Kế hoạch nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong 15 tuần Bảng 1.1 Kế hoạch nghiên cứu Tìm hiểu các phương án thực hiện mô hình lưu kho. Tuần 1 -2 Xem các video, ví dụ, nghiên cứu về kho hàng tự động.
2 do an Tìm hiểu về phần cứng, các loại truyền động, lựa Tuần 3 -4 chọn loại truyền động. Thiết kế mô hình 3D hệ thống Tuần 5 Mua thiết bị phần cứng, thi công khung đỡ Thi công trục X Tìm hiểu nguyên lý hoạt động vận hành, điều khiển Tuần 6 -7 động cơ servo Tìm hiểu PLC của Siemens, dòng S7 1200 Mua thiết bị còn thiếu Tuần 8 Thi công trục Y Thuê PLC, Servo Tìm hiểu về Motion Control của Siemens Tuần 9- 10 Thi công trục Z Đấu nối thiết bị theo sơ đồ đấu dây Tuần 11 Hoàn thiện mô hình và lập trình Tối ưu chương trình điều khiển và thiết kế giao diện Tuần 12-13 điều khiển Viết báo cáo Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh Tuần 14 – 15 Hoàn thành báo cáo 3 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động Trong thực tế có nhiều loại hệ thống lưu kho được nghiên cứu và ứng dụng trong các nhà máy, xí nghiệp như: Hệ thống lưu kho bán tự động. Hệ thống lưu kho sử dụng robot. Hệ thống lưu kho sử dụng khung nâng (XYZ).1 Hệ thống lưu kho bán tự động Hình 2.1 Nhà kho bán tự động Hàng hóa được đặt trong kệ cao chia thành nhiều ô.
Để lấy hàng hoặc nhập hàng vào cần một xe nâng, xe nâng đưa hàng vào ô hoặc nâng người xếp hàng vào. Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, chi phí đầu tư ít Nhược điểm: Cần nhiều lao động, tốc độ nhập hàng và lấy hàng chậm 4 do an 2.2 Hệ thống lưu kho sử dụng robot Hình 2.2 Nhà kho sử dụng robot Các kệ hàng được thiết kế đặc biệt để robot có thể vận chuyển một cách dễ dàng. Các robot dò line chạy dưới sàn có nhiệm vụ vận chuyển các kệ hàng vào ra kho một cách trình tự, khoa học và chính xác. Con người chỉ cần chất các món đồ lên kệ hàng và việc còn lại sẽ do robot đảm nhiệm.
Ưu điểm: Vận chuyển hàng hóa nhanh, chính xác Quản lý dễ dàng Tự động hóa giúp tiết kiệm thời gian, công sức của con người. Robot hoạt động độc lập nên khi bảo trì, hư hỏng sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy. Khuyết điểm: Chi phí đầu tư cao Khâu vận hành, quản lý cần có chuyên môn và trình độ nhất định Chỉ vận chuyển những loại hàng có khối lượng thấp.3 Hệ thống lưu kho sử dụng khung nâng (XYZ) Hình 2.3 Nhà kho sử dụng khung nâng Hàng hóa được đặt trên các kệ cao chia thành nhiều ô. Cơ cấu nâng có hiểu như một máy CNC 3 trục mà các trục có thể di chuyển dài tùy theo chiều dài, cao của kệ.
Cơ cấu nâng có nhiệm vụ đưa hàng vào vị trí trống trên kệ đồng thời lấy hàng ra theo yêu cầu của người vận hành. Ưu điểm: Vận chuyển hàng hóa nhanh, chính xác. Quản lý dễ dàng Tiết kiệm thời gian, công sức của con người Có thể vận chuyển hàng hóa có khối lượng lớn Khuyết điểm: Chi phí đầu tư cao Khi bảo trì hoặc hư hỏng sẽ dừng hoạt động của hệ thống Qua tìm hiểu và phân tích, hệ thống lưu kho sử dụng khung nâng (XYZ) phù hợp với nhu cầu của nhiều nhà máy trong nước. Với chi phí đầu tư không quá cao mà lợi ích của nó đem lại tốt nên nhóm quyết định chọn hệ thống này để thực hiện đề tài.2 Giới thiệu về PLC 2.1 Sơ lược về lịch sử PLC Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học…Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ điều khiển lập trình PLC.
Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) đầu tiên được thiết kế bởi Công ty General Motor ra đời năm 1968, với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển: Dễ lập trình và thay đổi chương trình. Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa. Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống.
Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ.
Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (LAD). Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. Bộ nhớ lớn hơn. Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.
7 do an Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về timer (bộ định thời), counter (bộ đếm), các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực,. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn.2 Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động Một hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt kết quả tốt nhất ở sản phẩm đầu ra thì được gọi là Hệ thống điều khiển.
Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: Điều khiển nối cứng. Điều khiển logic khả trình. Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau: Khối vào. Khối xử lý-điều khiển.
Khối vào: Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog). Khối xử lý: Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng yêu cầu điều khiển. Khối ra: 8 do an Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra.
Các ngõ ra là: động cơ điện, xi lanh, solenoid, van, role… 2.